DE19626908A1

DE19626908A1 - Exhaust emissions cleaner for diesel engine vehicle

Info

Publication number: DE19626908A1
Application number: DE19626908A
Authority: DE
Inventors: Kurt Gutmann
Original assignee: Gutmann Messtechnik AG
Current assignee: Gutmann Messtechnik AG
Priority date: 1996-07-04
Filing date: 1996-07-04
Publication date: 1998-01-08

Abstract

The exhaust duct of a diesel engine is passed through a carbon remover comprising a spiral insert (5) which generates a spiral movement of the exhaust gases to spin the spiral insert. The centrifugal force on the exhaust gasses forces the carbon particles through a grid and into a collecting tray (4) for disposal. The carbon particles are either burnt in the tray or are passed back into the inlet manifold for burning. The tray is fitted with glow plugs (10) to burn the carbon if the rate of collection of carbon exceeds a set level. The combustion products in from the tray are passed back to the inlet manifold. Smaller carbon rates are dealt with by directly flushing them back into the inlet manifold.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Abgasreinigungsanlage für Dieselmotoren.The invention relates to an exhaust gas purification system for Diesel engines.

Es ist bereits bekannt, bei Dieselfahrzeugen Katalysatoren üblicher Bauart wie bei Ottomotoren einzusetzen. Ein solcher Katalysator, der bei Dieselfahrzeugen eingesetzt wird, ist zwar prinzipiell in der Lage, die Kohlenmonoxid-Werte (CO) und auch die Kohlen wasserstoff-Werte (HC) zu reduzieren, jedoch sind in den Abgasen eines Dieselmotors nur vergleichsweise geringe Anteile dieser Schadstoffe enthalten, etwa vergleichbar mit dem Schadstoffgehalt der Abgase eines Benzinmotors hinter dem Katalysator, so daß letztendlich eine nur geringe Wirksamkeit vorhanden ist.It is already known that catalysts are more common in diesel vehicles Use the same design as for petrol engines. Such a catalyst that is used in diesel vehicles is in principle able to control carbon monoxide (CO) levels and also the carbon levels Reduce hydrogen levels (HC), however, are in the exhaust gases of a diesel engine only comparatively small proportions of these Contain pollutants, roughly comparable to the pollutant content the exhaust gases from a gasoline engine behind the catalytic converter, so that ultimately there is little effectiveness.

Bezüglich der Reduzierung von Stickoxiden (NOx) ist ein solcher Katalysator weitgehend unwirksam, da Dieselmotoren mit einem starken Sauerstoffüberschuß und somit im Magerbereich laufen.Such is the case with regard to the reduction of nitrogen oxides (NOx) Catalyst largely ineffective since diesel engines with a strong excess of oxygen and thus run in the lean area.

Ein Hauptschadstoffanteil in den Abgasen von Dieselmotoren ist Ruß, der aber durch einen Katalysator nicht reduziert werden kann.One of the main pollutants in the exhaust gases of diesel engines is Soot, which cannot be reduced by a catalyst.

Es ist auch bereits bekannt, bei Dieselmotoren Rußfilter in die Abgasanlage einzubauen. Nachteilig ist hierbei jedoch, daß in der Regel eine so große Menge von Rußpartikeln anfällt, daß solche Auffang-Filter entsprechend voluminös ausgebildet sein müssen, so daß eine Unterbringung nur in Nutzfahrzeugen, beispielsweise in Omnibussen möglich ist.It is also known to use soot filters in diesel engines Install exhaust system. The disadvantage here, however, is that in usually such a large amount of soot particles accumulates that such Collection filters must be designed to be voluminous, so that accommodation only in commercial vehicles, for example is possible in buses.

Außerdem müssen solche Filter täglich gewechselt bzw. gereinigt werden. In Personenkraftwagen ist eine solche Filteranlage aus Platzgründen und auch von der Handhabung her nicht einsetzbar.In addition, such filters must be changed or cleaned daily will. Such a filter system is off in passenger cars Not possible due to lack of space and handling.

Es sind auch schon Versuche gemacht worden, die Rußpartikel in einem Nachverbrennungsverfahren zu verbrennen. Wegen der vergleichsweise hohen Strömungsgeschwindigkeit der Abgase ist dies jedoch nur unvollkommen oder mit sehr hohem Energieaufwand möglich. Zum Verbrennen der Rußpartikel sind Temperaturen über 700° Celsius erforderlich. Die Abgastemperatur bei Dieselmotoren liegt jedoch nur im Bereich bis etwa 400° Celsius, so daß dementsprechend die Anhebung auf Verbrennungstemperatur durch zugeführte Energie erfolgen muß.Attempts have also been made to remove the soot particles in to burn an afterburning process. Because of the this is a comparatively high flow velocity of the exhaust gases however, only imperfectly or with a very high expenditure of energy. Temperatures above 700 ° Celsius are required to burn the soot particles required. The exhaust gas temperature in diesel engines is, however only in the range up to about 400 ° Celsius, so that the Increase to combustion temperature by energy supplied must be done.

Bei Nutzfahrzeugen ist es beispielsweise bekannt, Öl oder Benzin in die Abgasleitung einzuspritzen und damit die Rußpartikel zu verbrennen.In commercial vehicles, for example, oil or petrol is known inject into the exhaust pipe and thus the soot particles burn.

Es ist auch bereits bekannt, bei Dieselmotoren eine Abgasrückfüh rung vorzusehen, um insbesondere die Stickoxid-Werte (NOx) zu reduzieren.It is also already known to recirculate exhaust gas in diesel engines tion, in particular to increase the nitrogen oxide values (NOx) to reduce.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Abgasreinigungs anlage für Dieselmotoren zu schaffen, die insbesondere zur Abgasreinigung bei Diesel-PKWs einsetzbar ist. Sie soll dement sprechend von der Bauform her kompakt sein, einen nur geringen Wartungsaufwand erfordern und eine hohe Effektivität haben.The object of the present invention is an exhaust gas purification to create plant for diesel engines, in particular for Exhaust gas cleaning can be used in diesel cars. She should be demented speaking compact in design, only a small one Require maintenance and have a high effectiveness.

Zur Lösung dieser Aufgabe wird vorgeschlagen, daß innerhalb der Abgasführung eine Rußabscheideeinrichtung mit einer neben der Hauptabgasstrom-Führung angeordneten Ruß-Sammelkammer vorgesehen ist, die über eine Rückführleitung mit der Motor-Gemischzuführung verbunden ist.To solve this problem it is proposed that within the Exhaust gas routing a soot separator with an addition to the Main exhaust gas flow guide arranged soot collection chamber provided is that via a return line with the engine mixture supply connected is.

Bei dieser Abgasreinigungsanlage werden dem Abgas laufend Rußpartikel entnommen, einer Sammelkammer zugeführt und von dort über eine Rückführleitung dem Ansaug- oder Einspritzsystem des Motors zugeführt. Rückgeführte Rußpartikel haben auf die Lauf- und Betriebseigenschaften des Motors keinen nachteiligen Einfluß, da sie problemlos verbrannt werden können und darüber hinaus auch noch gewisse Schmiereigenschaften (Graphit) aufweisen.In this exhaust gas cleaning system, the exhaust gas is running Soot particles removed, fed to a collection chamber and from there via a return line to the intake or injection system of the Motor fed. Recycle soot particles have and operating characteristics of the engine have no adverse influence, because they can be burned without any problems and also still have certain lubricating properties (graphite).

Bevorzugt ist vorgesehen, daß die Rußabscheideeinrichtung schraubenförmig angeordnete Leitbleche für den Hauptabgasstrom aufweist und daß diese Rußabscheideeinrichtung gleichzeitig vorzugsweise als Schalldämpfer ausgebildet ist.It is preferably provided that the soot separation device helically arranged baffles for the main exhaust gas flow has and that this soot separation device at the same time is preferably designed as a silencer.

Diese Leitbleche versetzen den Abgasstrom zentrifugenartig in Rotation, so daß die Rußpartikel fliehkraftbedingt nach außen geschleudert und dort in der Ruß-Sammelkammern aufgefangen werden.These baffles move the exhaust gas flow into a centrifuge Rotation, so that the soot particles are forced outwards due to centrifugal force flung and caught there in the soot collecting chambers.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß bei der Ruß-Sammelkammer eine Ruß- Verbrennungsvorrichtung, vorzugsweise mit einer oder mehreren elektrischen Glühkerzen oder dergleichen elektrischen Heizelementen vorgesehen ist.A particularly preferred embodiment of the invention provides that a soot combustion device in the soot collecting chamber, preferably with one or more electrical glow plugs or the same electrical heating elements is provided.

Dadurch besteht die Möglichkeit, Ruß bereits in der Ruß-Sammelkam mer zu verbrennen, wenn eine zu große Menge von Rußpartikeln anfällt, die in diesem Betriebszustand dem Motor über die Rückführleitung nicht zurückgeführt werden können.This enables the soot to be collected in the soot always burn if too much soot particles that occurs in this operating state to the engine via the Return line cannot be returned.

Durch die Verwendung eines elektrischen Heizelement ergibt sich insbesondere auch eine hohe Betriebssicherheit und auch eine einfache Installationsmöglichkeit. Außerdem entspricht eine solche Ruß-Verbrennungsvorrichtung insbesondere den Anforderungen bei Personenkraftwagen.The use of an electrical heating element results in in particular also a high level of operational safety and also a easy installation option. It also corresponds to one Soot burner particularly meets the requirements Passenger cars.

Für die Verbrennung des angesammelten Rußes können herkömmliche Stabglühkerzen oder auch andere Glühkerzen eingesetzt werden, die den Vorteil einer vergleichsweise geringen Stromaufnahme haben.For the combustion of the accumulated soot, conventional ones can be used Glow plugs or other glow plugs are used that have the advantage of a comparatively low power consumption.

Zweckmäßigerweise bilden die schraubenförmig angeordneten Leitbleche der Rußabscheideeinrichtung einen Schneckenkörper, an den sich seitlich, insbesondere unterseitig die Ruß-Sammelkammer anschließt. Ein solcher Schneckenkörper bildet ein komplettes Einbauteil, das einfach montierbar ist und die unterseitig an der Rußabscheideein richtung angeordnete Ruß-Sammelkammer begünstigt schwerkraftbedingt den Eintrag von Rußpartikeln. Dies wird noch unterstützt, durch die während des Betriebes des Dieselmotors auftretenden und sich auf den Abgasstrang übertragenden Vibrationen. Diese Vibrationen tragen mit dazu bei, daß der Ruß an den Glühstäben mit Luft vermengt wird und dadurch eine intensivere Verbrennung stattfindet.The helically arranged baffles expediently form the soot separator a snail body to which the soot collecting chamber connects laterally, in particular on the underside. Such a snail body forms a complete installation part that is easy to install and on the underside of the soot separator Soot collecting chamber arranged in the direction favors gravity the entry of soot particles. This is still supported by those occurring during the operation of the diesel engine and themselves vibrations transmitted to the exhaust system. These vibrations contribute to the soot on the glow sticks with air is mixed and thereby a more intensive combustion takes place.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, daß der Außenmantel der Rußabscheideeinrichtung einen im Querschnitt spiralförmigen Verlauf mit Übergang zu der im Spiralaußenbereich befindlichen Ruß-Sammelkammer aufweist. Damit ist ein in Umfangsrichtung kontinuierlicher Übergang zwischen der Außenwand der den Abgasstrom in Rotation versetzenden Rußabscheideeinrichtung und der Ruß-Sammelkammer vorhanden, der die aus dem Abgasstrom fliehkraftbedingt nach außen geförderten Rußpartikel strömungsgün stig in die Sammelkammer leitet.According to one embodiment of the invention it is provided that the Outer jacket of the soot separator in cross section spiral course with transition to that in the spiral outer area has soot collecting chamber located. So that's an in Circumferential direction continuous transition between the outer wall the soot separator which sets the exhaust gas stream in rotation and the soot collection chamber, which is the one from the exhaust gas stream Due to centrifugal force soot particles conveyed to the outside stig leads into the collection chamber.

Vorteilhafterweise ist bei dem Übergang zu der Ruß-Sammelkammer zwischen der Schneckenkörper-Führung und der Ruß-Sammelkammer, eine insbesondere siebartige Trennwand vorgesehen. Dadurch ist der Bereich der Sammelkammer gegenüber dem Haupt-Abgasstrom soweit abgeschirmt, daß die in der Sammelkammer befindlichen Rußpartikel nicht mehr aufgewirbelt und dadurch gegebenenfalls wieder dem Haupt-Abgasstrom zurückgeführt werden. Insgesamt ist dadurch eine effektivere Ruß-Abscheidung vorhanden.Advantageously, the transition to the soot collection chamber between the screw body guide and the soot collecting chamber, a screen-like partition in particular is provided. This is the area of the collection chamber in relation to the main exhaust gas flow so far shielded that the soot particles located in the collection chamber no longer whirled up and, if necessary, again Main exhaust gas flow can be recycled. Overall, this is one more effective soot separation available.

Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß der Schneckenkörper oder dergleichen Strömungsführung eine bereichsweise durchbrochene Ummantelung aufweist, die eine der Ruß-Sammelkammer zugewandte Abdeckung hat oder in diesem Bereich geschlossen ausgebildet ist und daß ein Außengehäuse beabstandet zu der Ummantelung vorgesehen ist.An advantageous embodiment of the invention provides that the screw body or the like flow guidance regionally openwork sheath, which one of the Soot collecting chamber facing cover or in this area is closed and that an outer housing is spaced is provided for the casing.

Die von dem zentrifugenartig wirkenden Schneckenkörper nach außen geförderten Rußpartikel werden hierbei praktisch im gesamten Umfangsbereich des Schneckenkörpers oder dergleichen in den Ringraum zwischen der z. B. siebartigen Ummantelung und dem Außengehäuse gesammelt und dann der vorzugsweise unten angeordnete Ruß-Sammelkammer zugeführt.From the centrifuge-like screw body to the outside promoted soot particles are practically the whole Circumferential area of the screw body or the like in the Annulus between the z. B. sieve-like casing and Collected outer housing and then the one preferably arranged below Soot collection chamber fed.

Vorteilhafterweise ist der Ringraum zwischen dem Schneckenkörper und dem Außengehäuse in axialer Richtung durch etwa radial orientierte Ringscheiben in mehrere, mit der Ruß-Sammelkammer in Verbindung stehende Kammern unterteilt.The annular space between the screw body is advantageous and the outer housing in the axial direction by approximately radial oriented ring disks in several, with the soot collecting chamber in Connected chambers divided.

Durch die Trennwände wird die axiale Strömungskomponente der seitlich ausgeschiedenen Rußpartikel gedämpft. Die Aufteilung des ringkanalförmigen Sammelraumes in mehrere Kammern verhindert somit ein unerwünschtes Mitreißen der im Außenbereich sich ansammelnden Rußpartikel durch den schraubenlinienförmig innerhalb der Schneckenführung geführten Abgasstrom.The axial flow component of the soot particles exuded laterally dampened. The division of the thus prevents annular channel-shaped collecting space in several chambers an unwanted entrainment of those that accumulate outside Soot particles through the helical shape inside the Exhaust gas flow guided by a screw.

Zweckmäßigerweise verhält sich der Querschnitt des Abgaszuführ rohres zu dem Querschnitt des Wendeldurchlasses etwa wie 2 : 1,5 bis 2 : 1. Versuche haben gezeigt, daß durch den sich dadurch aufbauenden Staudruck das Ausscheiden von Rußpartikeln begünstigt ist. Dabei ist es besonders vorteilhaft, wenn der wendelförmige Abgas-Durchtrittsquerschnitt bei dem Schneckenkörper oder dergleichen in Strömungsrichtung vorzugsweise kontinuierlich abnimmt, insbesondere von einem Verhältnis zwischen Abgaseintritt und Durchlaßquerschnitt im Schneckenkörperanfangsbereich von 2 : 1,5 bis zu 2 : 1 im Schneckenkörperendbereich. Durch den progressiv abnehmenden Durchlaßquerschnitt innerhalb der schraubenförmigen Abgasführung wirkt sich der Staudruck etwa gleichmäßig über die Länge der schraubenförmigen Abgasführung aus.The cross section of the exhaust gas supply expediently behaves tube to the cross section of the helical passage approximately as 2: 1.5 to 2: 1. Experiments have shown that by the build-up of dynamic pressure favors the elimination of soot particles is. It is particularly advantageous if the helical Exhaust gas cross section at the screw body or The like preferably continuously in the flow direction decreases, especially from a ratio between exhaust gas entry and passage cross-section in the beginning of the snail body area of 2: 1.5 up to 2: 1 in the screw body end area. Through the progressive decreasing passage cross section within the helical Exhaust gas routing affects the dynamic pressure approximately evenly over the Length of the helical exhaust duct.

Eine Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß in Strömungs richtung vor und/oder gegebenenfalls auch hinter der Ruß abscheideeinrichtung ein Oxidations-Katalysator angeordnet ist. Damit kann die Schadstoffemission auch hinsichtlich der Kohlen wasserstoff-Werte und der Kohlenmonoxid-Werte weiter reduziert werden.An embodiment of the invention provides that in flow Direction in front of and / or possibly also behind the soot separator an oxidation catalyst is arranged. This means that pollutants can also be emitted with regard to coal hydrogen levels and carbon monoxide levels further reduced will.

Zusätzliche Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Unteransprüchen aufgeführt. Nachstehend ist die Erfindung mit ihren wesentlichen Einzelheiten anhand der Zeichnungen noch näher erläutert:Additional embodiments of the invention are in the others Subclaims listed. The following is the invention with their essential details with reference to the drawings explains:

Es zeigt:It shows:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer zum Teil offen dargestellten Abgasreinigungsanlage für Dieselmotoren, Fig. 1 is a side view of an exhaust gas purification system shown open part for diesel engines,

Fig. 2 einen Querschnitt der in Fig. 1 gezeigten Anlage, Fig. 2 shows a cross section of the system shown in Fig. 1,

Fig. 3 eine offene Seitenansicht einer gegenüber Fig. 1 abgewandelten Ausführungsform einer Abgasreinigungs anlage, Figure 3 is an exposed side view of a comparison with FIG. 1 modified embodiment of a exhaust gas purifying system.,

Fig. 4 die zu der Abgasreinigungsanlage gemäß Fig. 3 gehören den, wesentlichen Einzelteile in auseinandergezogener Darstellung, Fig. 4 to the emission control system shown in Fig. 3 include the major line of individual parts in an exploded view,

Fig. 5 einen Querschnitt durch eine Abgasreinigungsanlage mit zwei nebeneinander angeordneten Ruß-Sammelkammern, Fig. 5 is a cross-sectional view of an exhaust gas purification system with two juxtaposed soot collection chambers,

Fig. 6 eine Unterseitenansicht einer Rußabscheideeinrichtung, Fig. 6 is a bottom side view of a Rußabscheideeinrichtung,

Fig. 7 eine Seitenansicht einer Abgasreinigungsanlage mit vorgeschaltetem Katalysator, Fig. 7 is a side view of an exhaust gas purification system with an upstream catalyst,

Fig. 8 eine Seitenansicht einer Abgasreinigungsanlage mit Rußabscheideeinrichtung mit vor- und nachgeschaltetem Katalysator und Fig. 8 is a side view of an exhaust gas purification system with soot separation device with upstream and downstream catalyst and

Fig. 9 eine Abgasreinigungsanlage mit mehreren, an ein Rückführregelventil angeschlossenen Abgasrückführ leitungen. Fig. 9 is an exhaust gas cleaning system with several, connected to a recirculation control exhaust gas recirculation lines.

Eine in Fig. 1 gezeigte Abgasreinigungsanlage 1 für Dieselmotoren dient zur Reduzierung insbesondere des Rußanteiles im Abgas. Die Anlage 1 weist innerhalb einer Abgasführung 2 eine Rußabscheideein richtung 3 mit einer neben dem Hauptabgasstrom-Führung angeordneten Rußsammelkammer 4.An exhaust gas purification system 1 for diesel engines shown in FIG. 1 serves in particular to reduce the soot content in the exhaust gas. The system 1 has a soot separator device 3 within an exhaust gas duct 2 with a soot collecting chamber 4 arranged next to the main exhaust gas flow guide.

Die Rußabscheideeinrichtung 3 weist schraubenförmig angeordnete Leitbleche für den Hauptabgasstrom auf, wobei diese Leitbleche insbesondere zu einem Schneckenkörper 5 zusammengeschlossen sind. Die einzelnen Schneckengänge oder Windungen sind in den Zeichnungen nur schematisch angedeutet. Durch die Leitkörper der Ruß abscheideeinrichtung 3 bzw. durch deren Schneckenkörper 5 werden die gemäß dem Pfeil Pf1 von dem Dieselmotor kommenden Abgase in eine schraubenlinienförmige Rotation versetzt. Der Abgasstrom ist ein Gemisch aus gasförmigen und festen Partikeln, wobei die festen Partikeln durch Ruß gebildet sind. Die von dem Schneckenkörper 5 dem Abgasstrom aufgezwungene Rotationsbewegung führt dazu, daß die schwereren Rußpartikel fliegkraftbedingt nach außen gelangen. Durch die Rotationsbewegung werden sie entlang der Innenseite des Außenmantels 6 in Umfangs- und in Förderrichtung bewegt und gelangen dabei in die unten angeordnete Ruß-Sammelkammer 4. Wie gut in Fig. 2 erkennbar, weist der Außenmantel 6 in diesem Ausführungsbeispiel einen im Querschnitt spiralförmigen Verlauf mit Übergang zu der im Spiralaußenbereich und unten befindlichen Rußsammelkammer 4 auf.The soot separator 3 has helically arranged baffles for the main exhaust gas flow, these baffles being combined to form a screw body 5 in particular. The individual worm threads or turns are only indicated schematically in the drawings. The exhaust gases coming from the diesel engine according to arrow Pf1 are set in a helical rotation by the guide bodies of the soot separating device 3 or by their screw bodies 5 . The exhaust gas stream is a mixture of gaseous and solid particles, the solid particles being formed by soot. The rotational movement imposed on the exhaust gas flow by the screw body 5 leads to the heavier soot particles escaping to the outside as a result of the flying force. As a result of the rotational movement, they are moved along the inside of the outer casing 6 in the circumferential and in the conveying directions and thereby reach the soot collecting chamber 4 arranged at the bottom. As can be clearly seen in FIG. 2, the outer casing 6 in this exemplary embodiment has a course which is spiral in cross section with a transition to the soot collecting chamber 4 located in the spiral outer region and at the bottom.

Um den Ausscheidebereich und auch die Sammelkammer 4 selbst von dem schraubenlinienförmig geführten Hauptabgasstrom abzutrennen, ist eine siebartige Trennwand 7 vorgesehen, um dadurch auf der Sammelkammer-Seite eine strömungsberuhigte Zone zu schaffen.In order to separate the separation area and also the collecting chamber 4 itself from the helical main exhaust gas flow, a sieve-like partition 7 is provided in order to thereby create a flow-calmed zone on the collecting chamber side.

Wie in Fig. 2 erkennbar, erstreckt sich die siebartige Trennwand 7 im Ausführungsbeispiel von der Sammelkammer 4 bis etwa zu dem oberen Bereich des Außenmantels. In Umfangsrichtung weist dabei die Trennwand einen kreisförmigen Verlauf auf.As can be seen in FIG. 2, the screen-like partition 7 extends in the exemplary embodiment from the collecting chamber 4 to approximately the upper region of the outer jacket. The partition has a circular course in the circumferential direction.

Die im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 1 gezeigte Ruß-Sammelkammer ist mit einer Rückführleitung 8 verbunden, die zur Motorgemisch zuführung führt. Die gesammelten Rußpartikel können über diese Rückführleitung 8 dem Motor wieder zugeführt und nachverbrannt werden. Zusätzlich weist die Sammelkammer 4 eine Ruß-Verbrennungs vorrichtung 9 auf, mittels der angesammelte Rußpartikel verbrannt werden können. Die Kombination aus Ruß-Rückführung und Ruß- Verbrennung ist besonders vorteilhaft, weil damit die Ruß beseitigung in Abhängigkeit von dem jeweiligen Betriebszustand des Dieselmotors unterschiedlich erfolgen kann. Insbesondere kann die Verbrennung der Rußpartikel dann erfolgen, wenn die abgeschie dene Menge an Rußpartikeln größer ist als die dem Motor in diesem Betriebszustand rückführbare Rußmenge.The soot collecting chamber shown in the exemplary embodiment according to FIG. 1 is connected to a return line 8 which leads to the engine mixture supply. The collected soot particles can be returned to the engine via this return line 8 and afterburned. In addition, the collecting chamber 4 has a soot combustion device 9 , by means of which accumulated soot particles can be burned. The combination of soot recirculation and soot combustion is particularly advantageous because soot removal can take place differently depending on the particular operating state of the diesel engine. In particular, the soot particles can be burned when the amount of soot particles deposited is greater than the amount of soot that can be traced back to the engine in this operating state.

Die Ruß-Sammelkammer 4 kann für den Rückführbereich und den Verbrennungsbereich getrennt ausgebildet sein, wobei auch eine Trennung mittels eines Siebes vorgesehen sein kann. Andererseits kann die Sammelkammer auch durchgehend ausgebildet sein, so daß ein Gemisch von Rußpartikeln und Ruß-Verbrennungsgasen dem Motor rückgeführt werden.The soot collecting chamber 4 can be designed separately for the return area and the combustion area, wherein a separation by means of a sieve can also be provided. On the other hand, the collecting chamber can also be continuous, so that a mixture of soot particles and soot combustion gases is returned to the engine.

Für die Verbrennung der angesammelten Rußpartikel sind zweck mäßigerweise eine oder mehrere elektrische Glühkerzen 10 vorgesehen, beispielsweise herkömmlich Stabglühkerzen. In praktischen Versuchen hat es sich gezeigt, daß ein inter mittierender Betrieb der Ruß-Verbrennungsvorrichtung 9 vorteilhaft ist. Die Ansteuerintervalle sind dabei zweckmäßigerweise so gewählt, daß die maximal anfallende Überschuß-Rußmenge sicher verbrannt wird. Man kommt dadurch mit einer vergleichsweise einfachen, elektrischen Steuerung 11 für die Glühkerze(n) aus. Beispielsweise kann eine Gesamtbrenndauer von etwa 10 bis 20 Minuten pro Stunde Fahrzeit vorgesehen sein, wobei die Gesamtbrenn dauer der Glühkerze(n) intervallartig auf die Gesamtfahrzeit verteilt ist. Bedarfsweise besteht auch, wie in Fig. 5 gezeigt, die Möglichkeit, mehrere Sammelkammern 4 nebeneinander anzuordnen und dort auch eine oder mehrere Glühkerzen 10 einzusetzen. Die vom Hauptabgasstrom weitestgehend abgeschirmte Lage der Glühkerze 10 verhindert auch ein direktes Anströmen der Brennstäbe mit Abgas, so daß diese nicht abgekühlt werden und entsprechend geringere Heizleistung benötigen. For the combustion of the accumulated soot particles, one or more electrical glow plugs 10 are expediently provided, for example conventional rod glow plugs. In practical tests, it has been shown that intermittent operation of the soot combustion device 9 is advantageous. The control intervals are expediently chosen so that the maximum excess soot quantity is safely burned. A comparatively simple, electrical control 11 for the glow plug (s) is thus sufficient. For example, a total burning time of approximately 10 to 20 minutes per hour of driving time can be provided, the total burning time of the glow plug (s) being distributed at intervals over the total driving time. If required, there is also the possibility, as shown in FIG. 5, of arranging a plurality of collecting chambers 4 next to one another and also using one or more glow plugs 10 there . The position of the glow plug 10, which is largely shielded from the main exhaust gas flow, also prevents a direct flow of exhaust gas onto the fuel rods, so that they are not cooled and require a correspondingly lower heating output.

Die Fig. 3 bis 6 zeigen eine Ausführungsform einer Abgasreinigungs anlage 1, bei der der die Strömungsführung bildende Schneckenkörper 5 eine siebartige Ummantelung 12 aufweist und wobei das Außen gehäuse 13 beabstandet zu dieser Ummantelung 12 angeordnet ist. Die Rußpartikel gelangen hierbei aus dem schraubenlinienförmig rotierenden Abgasstrom durch die siebartige Ummantelung 12 nach außen in den Ringzwischenraum 14 zwischen dem Außengehäuse 13 und dem Ummantelungssieb. Auch hierbei ist die Ruß-Sammelkammer 4 unterseitig angeordnet und steht mit dem Ringzwischenraum 14 in Verbindung. FIGS. 3 to 6 show an embodiment of an exhaust gas purification system 1, in which the flow guide forming screw body 5 has a mesh-like shell 12 and the outer housing 13 is spaced to this outer shell 12. The soot particles pass from the helically rotating exhaust gas flow through the sieve-like casing 12 to the outside into the annular space 14 between the outer housing 13 and the casing sieve. Here too, the soot collecting chamber 4 is arranged on the underside and communicates with the annular space 14 .

Um ein Aufwirbeln und Mitreißen der in der Sammelkammer befindli chen Rußpartikel zu vermeiden, ist die siebartige Ummantelung 12 im unteren, der Sammelkammer 4 zugewandten Bereich geschlossen ausgebildet, wie dies aus der Unterseitenansicht gemäß Fig. 6 ersichtlich ist. Zur Abschirmung könnte auch eine der Ruß- Sammelkammer 4 zugewandte Abdeckung 33 vorgesehen sein.In order to avoid whirling up and entrainment of the soot particles located in the collecting chamber, the sieve-like casing 12 in the lower region facing the collecting chamber 4 is designed to be closed, as can be seen from the underside view according to FIG. 6. A shield 33 facing the soot collecting chamber 4 could also be provided for shielding.

Bei dieser Ausführungsform der Abgasreinigungsanlage können die Rußpartikel fast im gesamten Umfangsbereich aus dem Hauptabgasstrom fliegkraftbedingt herausgeschleudert und in dem Ringzwischenraum 14 aufgefangen werden. Somit ergibt sich eine besonders effektive Rußabscheidung.In this embodiment of the exhaust gas purification system, the soot particles can be flung out of the main exhaust gas flow almost entirely over the entire circumferential region and caught in the annular space 14 . This results in a particularly effective soot separation.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn der Ringzwischenraum 14 durch etwa radial orientierte Ringscheiben 15, die in axialer Richtung zueinander beabstandet sind, in mehrere, Rußsammelbereiche bildende Ringkammern 16 unterteilt ist. Die im Ringzwischenraum 14 bzw. den einzelnen Ringkammern 16 befindlichen Rußpartikel werden durch die Ringscheiben 15 abgebremst und es wird dadurch ebenfalls ein Mitreißen der ausgeschiedenen Rußpartikel von dem Hauptabgasstrom weitestgehend vermieden.It is particularly advantageous if the annular space 14 is divided into a plurality of annular chambers 16 , which form soot collecting areas, by approximately radially oriented annular disks 15 which are spaced apart in the axial direction. The soot particles located in the annular space 14 or the individual annular chambers 16 are braked by the annular disks 15, and this also largely prevents entrainment of the soot particles which have been separated out from the main exhaust gas stream.

Der Abstand zwischen der Sieb-Ummantelung 12 und dem Außengehäuse 13 kann einige Zentimeter und vorzugsweise wenigstens 1,5 cm Zentimeter betragen.The distance between the screen casing 12 and the outer housing 13 can be a few centimeters and preferably at least 1.5 cm.

Zu einem weitgehend vollständigen Ausscheiden von Rußpartikeln trägt auch noch bei, daß durch die schraubenlinienförmige Umleitung und Führung des Abgasstromes innerhalb des Schneckenkörpers 5 ein Rückstaudruck auftritt. Um ein wirksames Maß an Staudruck zur Verfügung zu haben, ist der Durchtrittsquerschnitt im Bereich des Schneckenkörpers 5 kleiner als der Querschnitt des Abgaszuführ rohres. Beispielsweise kann ein Querschnittsverhältnis von 2 : 1,5 bis 2 : 1 zwischen Abgaszuführrohr und Durchlaßquerschnitt beim Schneckenkörper 5 oder dergleichen Strömungsführung vorgesehen sein. Es besteht auch die Möglichkeit, den Schneckenkörper oder dergleichen so zu gestalten, daß der Abgas-Durchtrittsquerschnitt in Strömungsrichtung vorzugsweise kontinuierlich abnimmt. Beispielsweise kann beim Abgaseintritt ein Querschnittsverhältnis von 2 : 1,5 und am Abgasaustritt des Schneckenkörpers ein Quer schnittsverhältnis von 2 : 1 jeweils bezogen auf den Abgaszuführrohr- Querschnitt vorgesehen sein.A largely complete separation of soot particles also contributes to the fact that the helical diversion and guidance of the exhaust gas flow within the screw body 5 create a back pressure. In order to have an effective level of dynamic pressure available, the passage cross section in the area of the screw body 5 is smaller than the cross section of the exhaust gas supply pipe. For example, a cross-sectional ratio of 2: 1.5 to 2: 1 between the exhaust gas supply pipe and the passage cross section can be provided for the screw body 5 or the like flow guide. There is also the possibility of designing the screw body or the like in such a way that the exhaust gas passage cross section preferably decreases continuously in the direction of flow. For example, a cross-sectional ratio of 2: 1.5 at the exhaust gas inlet and a cross-sectional ratio of 2: 1 at the exhaust gas outlet of the screw body, in each case based on the exhaust gas pipe cross section, can be provided.

Zur Darstellung der Einzelteile ist die in Fig. 3 gezeigte Abgasreinigungsanlage 1 in Fig. 4 in auseinandergezogener Lage gezeigt. Zuströmseitig ist nach einem sich konisch erweiternden Bereich des Außengehäuses 13 ein scheibenförmiger Leitkörper 17 angeordnet, der auch als separates Teil in einer Stirnseitenansicht dargestellt ist. Gut ist hierbei eine ringschlitzartige Abgas einleitöffnung 18 zu erkennen, durch die bereits im Eintritts bereich die Abgasströmung gerichtet dem nachfolgenden Schneckenkör per 5 zugeführt wird. Auch ein zentrales Kegelteil 19 bildet eine Strömungsführung, die ebenfalls mit zum Überleiten des ankommenden Abgasstromes in eine schraubenförmige Abgasströmung beiträgt.To illustrate the individual parts, the exhaust gas purification system 1 shown in FIG. 3 is shown in an exploded position in FIG. 4. On the inflow side, a disk-shaped guide body 17 is arranged after a conically widening region of the outer housing 13 , which is also shown as a separate part in an end view. An annular slot-like exhaust gas inlet opening 18 can be clearly seen here, through which the exhaust gas flow is directed to the subsequent screw body by 5 already in the inlet area. A central cone part 19 also forms a flow guide, which also contributes to the transfer of the incoming exhaust gas flow into a helical exhaust gas flow.

In Fig. 4 ist auch gut erkennbar, daß der die schneckenförmig verlaufenden Leitbleche oder Leitkörper tragende Schneckenkörper 5 hohl als Rohr ausgebildet ist und am abströmseitigen Ende seitliche Einströmöffnungen 20 aufweist. Bei dieser Ausführungsform wird der schraubenlinienförmig umlaufende Abgasstrom durch die am Ende des Schneckenkörpers 5 befindlichen Einströmöffnungen zentral nach innen geführt und dann über ein in Fortsetzung angeordnetes Ableitrohr 21 weitergeführt. Zur stirnseitigen Abdichtung des Ringzwischenraumes 14 und auch der schraubenlinien förmigen Abgasführung am Endes des Schneckenkörpers 5, ist eine Abschluß-Ringscheibe 22 vorgesehen.In Fig. 4 it can also be clearly seen that the screw body 5, which carries the helical guide plates or guide bodies, is hollow as a tube and has lateral inflow openings 20 at the downstream end. In this embodiment, the helically circulating exhaust gas flow is routed centrally inward through the inflow openings located at the end of the screw body 5 and then passed on via a discharge pipe 21 arranged in a continuation. To seal the end of the annular space 14 and also the helical exhaust duct at the end of the screw body 5 , an end washer 22 is provided.

Ein Außenmantel-Konusteil 23 mit einem Anschlußflansch 24 bildet den abströmseitigen Abschluß der Abgasreinigungsanlage. Die Strömungsführung am Ende des Schneckenkörpers in einen zentralen Bereich durch die Einströmöffnungen 20, begünstigt die Trennung zwischen gasförmigen und festen Partikeln (Rußpartikel) des Abgases, da die Abgase nach innen und somit in entgegengesetzter Richtung abgeleitet werden, wie die nach außen geschleuderten Rußpartikel.An outer jacket cone part 23 with a connecting flange 24 forms the downstream end of the exhaust gas cleaning system. The flow guidance at the end of the screw body into a central area through the inflow openings 20 favors the separation between gaseous and solid particles (soot particles) of the exhaust gas, since the exhaust gases are discharged inwards and thus in the opposite direction to the soot particles thrown outwards.

Die in Fig. 5 gezeigte Querschnittsdarstellung zeigt eine Abgasreinigungsanlage, bei der unterseitig zwei nebeneinander angeordnete Ruß-Sammelkammern 4, 4a vorgesehen sind. Die beiden Sammelkammern können voneinander getrennt sein und jeweils mit einer Rückführleitung 8 und/oder mit einer oder mehreren Glühkerzen zur Rußverbrennung ausgebildet sein.The cross-sectional view shown in FIG. 5 shows an exhaust gas purification system in which two soot collecting chambers 4 , 4 a are arranged on the underside. The two collecting chambers can be separated from one another and each can be designed with a return line 8 and / or with one or more glow plugs for soot combustion.

In dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 7 ist der Rußabscheideein richtung 3 ein Oxidations-Katalysator 25 vorgeschaltet und bei dem Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 8 sind sowohl vor als auch hinter der Rußabscheideinrichtung 3 Katalysatoren 25, 25a vorgesehen. Durch den oder die zusätzlichen Katalysatoren können auch Schafstoffe wie Kohlenwasserstoffe und Kohlenmonoxid reduziert werden.In the embodiment shown in Fig. 7 is the device 3 Rußabscheideein an oxidation catalyst 25 upstream of and in the embodiment according to FIG. 8 are provided both before and behind the Rußabscheideinrichtung 3 catalysts 25, 25 a. The additional catalyst or catalysts can also reduce sheep substances such as hydrocarbons and carbon monoxide.

Fig. 9 zeigt noch ein komplette Abgasreinigungsanlage mit Rußabscheidung, die an einen Motor mit Benzineinspritzung und Turboaufladung angeschlossen ist. Fig. 9 shows a complete exhaust gas cleaning system with soot separation, which is connected to an engine with gasoline injection and turbocharging.

Die Rußsammelkammer ist mit einer Verbrennungsvorrichtung 9 ausgerüstet, die eine an eine elektrische Steuerung 11 an geschlossene Glühkerze 10 aufweist. Die Sammelkammer 4 ist über die Rückführleitung 8 mit einem Regelventil 26 verbunden. Zur Reduzierung der Stickoxide ist vor der Rußabscheideeinrichtung 3 noch eine Abgasrückführleitung 27 vorgesehen, die in die Rückführleitung 8 mündet. Über das Regelventil 26 werden die Rußpartikel und auch ein Teil des Abgas es dem Motor zur Nachverbrennung zurückgeführt. Nach dem Regelventil 26 führt die Rückführleitung 8 zu einem Ansaugschlauch 28 und somit zu der Motor-Gemischzuführung.The soot collection chamber is equipped with a combustion device 9 which has a glow plug 10 which is closed by an electrical control 11 . The collecting chamber 4 is connected to a control valve 26 via the return line 8 . In order to reduce the nitrogen oxides, an exhaust gas recirculation line 27 is also provided in front of the soot separating device 3 , which leads into the return line 8 . The soot particles and also part of the exhaust gas are returned to the engine for post-combustion via the control valve 26 . After the control valve 26 , the return line 8 leads to an intake hose 28 and thus to the engine mixture supply.

Mit 29 ist eine Einspritzpumpe, mit 30 ein Turbolader, mit 34 ein Ladedruckregler und mit 31 ein Luftfilter bezeichnet. 29 denotes an injection pump, 30 a turbocharger, 34 a boost pressure regulator and 31 an air filter.

Das Regelventil 26 dient zur genauen Dosierung der rückgeführten Menge von Rußpartikeln, wobei die Steuerung des Regelventiles 26 vom Betriebszustand des Motors abhängig ist. Im gezeigten Ausführungsbeispiel erfolgt die Steuerung des Regelventiles 26 mittels einer Ladedrucksteuerleitung 32, so daß das Regelventil 26 ladedruckabhängig öffnet und schließt.The control valve 26 is used for the exact metering of the returned amount of soot particles, the control of the control valve 26 being dependent on the operating state of the engine. In the exemplary embodiment shown, the control valve 26 is controlled by means of a boost pressure control line 32 , so that the control valve 26 opens and closes depending on the boost pressure.

Erwähnt sei noch, daß die Abgasreinigungsanlage 1 gleichzeitig auch einen wirksamen Schalldämpfer bildet, so daß dadurch auch ein Ersatz eines üblichen Schalldämpfers möglich ist.It should also be mentioned that the exhaust gas purification system 1 also forms an effective silencer, so that it is also possible to replace a conventional silencer.

Die Abgasreinigungsanlage 1 kann bevorzugt als Nachrüstsatz ausgebildet sein, mit der die Schadstoffemission von Dieselfahr zeuge ganz erheblich gesenkt werden kann.The exhaust gas purification system 1 can preferably be designed as a retrofit kit with which the pollutant emissions from diesel vehicles can be considerably reduced.

Claims

1. Exhaust gas purification system for diesel engines, characterized in that a soot separator device ( 3 ) is provided within the exhaust gas duct with a soot collecting chamber ( 4 , 4 a) arranged next to the main exhaust gas flow guide, which has a return line ( 8 ) with the motor -Mixer feeder is connected.

2. Exhaust gas purification system according to claim 1, characterized in that the soot separating device ( 3 ) has a helical arrangement of guide plates for the main exhaust gas flow and that this soot separating device is preferably designed as a silencer at the same time.

3. Exhaust gas purification system according to claim 1 or 2, characterized in that a soot combustion device ( 9 ), preferably with one or more electrical glow plugs ( 10 ) is provided in the soot collecting chamber ( 4 , 4 a).

4. Exhaust gas purification system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the helically arranged guide plates of the soot separating device ( 3 ) form a Schneckenkör by ( 5 ) to which the soot collecting chamber ( 4 ) is connected laterally, in particular on the underside.

5. Exhaust gas purification system according to one of claims 1 to 4, characterized in that the outer jacket ( 6 ) of the soot separating device ( 3 ) has a cross-sectionally spiral course with transition to the soot collecting chamber ( 4 ) located in the spiral outer region.

6. Exhaust gas purification system according to one of claims 1 to 5, characterized in that in particular a sieve-like partition ( 7 ) is provided at the transition to the soot collecting chamber ( 4 ) between the screw body guide and the soot collecting chamber.

7. Exhaust gas cleaning system according to claim 6, characterized in that the screen-like partition ( 7 ) extends in the circumferential direction from the approximately upper region of the screw body guide to approximately above the soot collecting chamber ( 4 ) arranged below.

8. Exhaust gas purification system according to one of claims 1 to 7, characterized in that the screw body ( 5 ) has a partially perforated sheath ( 12 ) which has a soot collecting chamber ( 4 ) facing cover ( 33 ) or formed closed in this area and that an outer housing is provided spaced from the casing.

9. Exhaust gas cleaning system according to claim 8, characterized in that the distance between the preferably perforated sheet-like casing ( 12 ) of the screw body ( 5 ) and the outer housing is more than 10 mm, in particular more than 15 mm.

10. Emission control system according to claim 8 or 9, characterized in that the annular space ( 14 ) between the screw body ( 5 ) and the outer housing ( 13 ) in the axial direction by approximately radially oriented annular discs ( 15 ) in several, with the soot collecting chamber ( 4 ) related chambers is divided.

11. Exhaust gas purification system according to one of claims 1 to 10, characterized in that an approximately tubular gas duct is provided within the screw body ( 5 ), which is closed at the inflow-side end of the soot separating device and is open at its outflow-side and which is from the flow guide of the screw body Has accessible, lateral inflow openings ( 20 ) preferably downstream behind the soot collecting chamber ( 4 ).

12. Emission control system according to one of claims 1 to 11, characterized in that the cross section of the Exhaust gas supply pipe to the cross section of the spiral passage behaves approximately like 2: 1.5 to 2: 1.

13. Exhaust gas purification system according to one of claims 1 to 12, characterized in that the helical exhaust gas passage cross section at the screw body ( 5 ) preferably decreases continuously in the flow direction, in particular from a ratio between exhaust gas inlet and passage cross section in the screw body start area of 2: 1, 5 up to 2: 1 in the screw body end area (progressive helix).

14. Exhaust gas purification system according to one of claims 1 to 13, characterized in that in the exhaust gas inflow area to the Soot separator flow guides especially for Transition into a helical exhaust gas flow provided are.

15. Exhaust gas cleaning system according to one of claims 1 to 14, characterized in that an oxidation catalyst ( 25 , 25 a) is (are) arranged in the flow direction upstream, optionally also behind the soot separating device ( 3 ).

16. Exhaust gas purification system according to one of claims 1 to 15, characterized in that an exhaust gas recirculation line ( 27 ) is connected to the exhaust gas duct in the flow direction upstream of the soot separating device ( 3 ) and that this exhaust gas recirculation line and the recirculation line connected to the soot collecting chamber are connected together to a feedback control valve ( 26 ).

17. Exhaust gas cleaning system according to claim 16, characterized in that the recirculation control valve ( 26 ) has a control connection and is connected to a control device ( 11 ) for the operating state-dependent control.

18. Exhaust gas purification system according to one of claims 1 to 17, characterized in that the glow plug (s) ( 10 ) of the soot combustion device ( 9 ) can (preferably) be controlled intermittently and that the control intervals are matched to the maximum amount of soot.